Siłownik pneumatyczny dwustronnego działania – budowa, zasada pracy, dobór i najczęstsze błędy

Co to jest siłownik pneumatyczny dwustronnego działania?

Siłownik pneumatyczny dwustronnego działania to element wykonawczy, w którym sprężone powietrze naprzemiennie oddziałuje na obie strony tłoka, wywołując ruch w dwóch kierunkach. Jedna komora odpowiada za wysuw tłoczyska. Druga komora odpowiada za jego powrót. Powrót nie jest realizowany przez sprężynę, jak w siłowniku jednostronnego działania. Ruch powrotny nie jest realizowany przez sprężynę ani przez zewnętrzne obciążenie. Ruch w obie strony wywołuje ciśnienie sprężonego powietrza.

Taki sposób pracy daje większą kontrolę nad cyklem. Można regulować prędkość wysuwu. Można regulować prędkość powrotu. Można dobrać zawór, czujniki położenia, amortyzację i sposób mocowania do konkretnej funkcji maszyny. Dlatego siłowniki dwustronnego działania są jednymi z najczęściej stosowanych elementów pneumatyki przemysłowej.

W praktyce siłownik dwustronnego działania wykorzystuje się wtedy, gdy maszyna wymaga powtarzalnego i kontrolowanego ruchu roboczego w obu kierunkach. Dotyczy to przesuwu detali, pozycjonowania, docisku, otwierania i sterowania klapami, sterowania zasuwami, blokowania elementów, wypychania części oraz pracy w przyrządach montażowych.

Jeżeli chcesz porównać także inne rozwiązania, sprawdź poradnik: siłownik pneumatyczny – jak działa, jakie są rodzaje i jak dobrać właściwy.

Jak działa siłownik pneumatyczny dwustronnego działania?

Zasada działania jest prosta. Wewnątrz siłownika znajduje się tłok połączony z tłoczyskiem. Tłok przesuwa się w tulei. Po obu stronach tłoka znajdują się komory robocze. Sprężone powietrze jest doprowadzane do tych komór naprzemiennie.

Wysuw tłoczyska

Podczas wysuwu powietrze trafia do komory tylnej. Ciśnienie działa na powierzchnię tłoka. Tłok przesuwa się w stronę pokrywy przedniej. Tłoczysko wysuwa się z korpusu. W tym samym czasie powietrze z drugiej komory jest odprowadzane przez zawór do atmosfery.

Powrót tłoczyska

Podczas powrotu zawór zmienia kierunek przepływu. Powietrze jest doprowadzane do komory przedniej. Tłok wraca w stronę pokrywy tylnej. Tłoczysko cofa się do wnętrza siłownika. Komora po drugiej stronie tłoka zostaje odpowietrzona przez zawór. Cykl może powtarzać się wiele razy, zgodnie z sygnałem sterującym.

Rola zaworu rozdzielającego

Do typowego sterowania siłownikiem dwustronnego działania stosuje się zawór 5/2. Jeżeli układ wymaga określonego zachowania w położeniu środkowym, stosuje się zawór 5/3. Zawór może być sterowany ręcznie, mechanicznie, pneumatycznie albo elektrycznie. W maszynach automatycznych najczęściej współpracuje ze sterownikiem PLC.

1. Sterownik lub operator podaje sygnał na zawór.
2. Zawór kieruje powietrze do jednej komory siłownika.
3. Tłok przesuwa się w tulei.
4. Tłoczysko wykonuje ruch roboczy.
5. Druga komora oddaje powietrze przez zawór.
6. Po zmianie sygnału zawór przełącza kierunek przepływu.
7. Siłownik wykonuje ruch powrotny.

Przy analizie schematów warto korzystać z oznaczeń elementów pneumatycznych. Pomaga w tym strona: symbole pneumatyczne stosowane w schematach.

Budowa siłownika pneumatycznego dwustronnego działania

Budowa siłownika zależy od serii. Inaczej wygląda minisiłownik ISO 6432. Inaczej siłownik profilowy ISO 15552. Inaczej siłownik kompaktowy ISO 21287. Zasada pozostaje jednak podobna. Każdy siłownik musi prowadzić tłok i tłoczysko, uszczelnić komory, przenieść ruch na tłoczysko i zapewnić bezpieczne połączenie z mechanizmem maszyny.

Tuleja siłownika

Tuleja tworzy przestrzeń roboczą dla tłoka. Musi mieć odpowiednią geometrię, sztywność, tolerancje wymiarowe i jakość powierzchni. Od jakości tulei zależy płynność ruchu, trwałość uszczelnień i stabilność pracy. W zależności od serii stosuje się konstrukcje aluminiowe, stalowe lub profilowe. W siłownikach ISO tuleja współpracuje z pokrywami, tłokiem i uszczelnieniami, tworząc zamknięty układ roboczy.

Tłok

Tłok oddziela dwie komory siłownika. To na jego powierzchnię działa ciśnienie sprężonego powietrza. Od średnicy tłoka zależy możliwa siła generowana przez siłownik. Im większa średnica, tym większa powierzchnia czynna. Im większa powierzchnia czynna, tym większą siłę można uzyskać przy tym samym ciśnieniu.

Tłoczysko

Tłoczysko przenosi ruch tłoka na element maszyny. Musi pracować osiowo. Nie powinno przejmować dużych sił bocznych. Jeżeli detal wymaga prowadzenia, należy zastosować prowadnice, prowadniki albo siłownik z prowadzeniem. W zależności od wykonania stosuje się tłoczyska ze stali chromowanej, stali nierdzewnej lub innych materiałów dopasowanych do środowiska pracy.

Pokrywa przednia i tylna

Pokrywy zamykają cylinder. Zawierają przyłącza pneumatyczne, elementy uszczelniające, gniazda mocujące, prowadzenie i uszczelnienie tłoczyska oraz elementy amortyzacji, jeżeli dana wersja je posiada. Konstrukcja pokryw wpływa na sposób montażu siłownika i kompatybilność z osprzętem.

Uszczelnienia

Uszczelnienia oddzielają komory robocze. Ograniczają przecieki powietrza. Wpływają na sprawność, trwałość i płynność pracy. Materiał uszczelnień dobiera się do temperatury, warunków pracy, jakości powietrza i wymagań aplikacji. W praktyce spotyka się między innymi uszczelnienia NBR, poliuretanowe oraz FKM/Viton w wykonaniach wymagających odporności na wyższą temperaturę lub trudniejsze warunki.

Zgarniacz

Zgarniacz chroni wnętrze siłownika przed zanieczyszczeniami przenoszonymi na tłoczysku. Ma duże znaczenie w zapylonym środowisku, przy pracy na zewnątrz, w środowisku wilgotnym i w aplikacjach, w których na tłoczysku mogą osadzać się drobiny materiału. Przy trudnych warunkach warto analizować wersje z dodatkowym zgarniaczem albo osłoną tłoczyska.

Przyłącza pneumatyczne

Przez przyłącza doprowadzamy i odprowadzamy sprężone powietrze. Ich rozmiar zależy od serii i średnicy siłownika. Przy szybkich cyklach nie wolno patrzeć tylko na gwint. Trzeba sprawdzić cały tor przepływu: zawór, przewody, złączki i elementy przygotowania powietrza.

Amortyzacja

Amortyzacja, czyli tłumienie końcowe skoku, ogranicza uderzenie tłoka w końcowej fazie ruchu. Chroni siłownik i mechanikę maszyny. Ma znaczenie przy dużej masie, wysokiej prędkości, długim skoku i częstej pracy cyklicznej. Brak amortyzacji może powodować hałas, drgania i szybsze zużycie elementów.

Magnes i czujniki położenia

W wielu aplikacjach automatyki trzeba potwierdzić położenie tłoka. Wtedy stosuje się siłownik z magnesem i czujniki pola magnetycznego. Sygnał z czujnika trafia do sterownika. Dzięki temu układ wie, czy ruch został wykonany i czy można rozpocząć kolejny etap cyklu.

Elementy mocujące

Siłownik musi być poprawnie zamocowany. Do tego służą łapy, kołnierze, ucha mocujące, przeguby, jarzma, końcówki tłoczyska i inne elementy osprzętu. Mocowanie musi odpowiadać kierunkowi sił, ruchowi mechanizmu i wymaganej osiowości. Zły dobór mocowania jest jedną z najczęstszych przyczyn szybkiego zużycia siłownika.

Siłownik jednostronnego a dwustronnego działania – różnice

Siłownik jednostronnego działania i siłownik dwustronnego działania mogą wyglądać podobnie. Różnią się jednak sposobem pracy. W siłowniku jednostronnego działania sprężone powietrze zwykle wykonuje ruch roboczy tylko w jednym kierunku. Powrót realizuje sprężyna albo siła zewnętrzna. W siłowniku dwustronnego działania powietrze pracuje w obu kierunkach.

Kiedy stosujemy siłownik pneumatyczny dwustronnego działania?

Siłownik dwustronnego działania stosujemy w aplikacjach, w których ruch musi być powtarzalny. Sprawdza się tam, gdzie maszyna wymaga pewnego wysuwu i pewnego powrotu. To rozwiązanie dla prostych mechanizmów, stanowisk montażowych, linii produkcyjnych i złożonych układów automatyki.

Jak dobrać siłownik pneumatyczny dwustronnego działania w 7 krokach?

Dobór zaczynamy od funkcji układu. Nie od katalogu. Nie od najbliższego produktu na magazynie. Najpierw trzeba odpowiedzieć na pytanie: co siłownik ma zrobić w maszynie? Dopiero potem przechodzimy do średnicy, skoku, serii, mocowania, amortyzacji, zaworu i osprzętu.

Krok 1. Określ funkcję siłownika

Sprawdź, czy siłownik ma przesuwać, dociskać, podnosić, blokować, otwierać, zamykać, pozycjonować, ryglować czy wypychać element. Inny dobór będzie dla lekkiego przesuwu. Inny dla docisku. Inny dla długiego skoku. Inny dla pracy w zapyleniu.

Krok 2. Ustal wymagany skok

Skok to droga, którą pokonuje tłoczysko. Zbyt krótki skok nie wykona zadania. Zbyt długi zwiększy gabaryt, czas cyklu i zużycie powietrza. Skok powinien wynikać z realnej drogi mechanizmu, a nie z przypadkowego zapasu.

Krok 3. Oblicz wymaganą siłę

Siła zależy od ciśnienia i powierzchni czynnej tłoka. Trzeba uwzględnić masę, tarcie, opory prowadnic, kierunek ruchu, spadki ciśnienia i zapas bezpieczeństwa. Do szybkiego sprawdzenia możesz wykorzystać kalkulator siły siłownika CPP PREMA.

Krok 4. Sprawdź realne ciśnienie robocze

Nie projektuj układu wyłącznie na ciśnienie maksymalne z katalogu. Liczy się realne ciśnienie przy maszynie. Spadki mogą pojawić się na przewodach, zaworach, złączkach i elementach przygotowania powietrza.

Krok 5. Dobierz średnicę tłoka

Średnica wynika z wymaganej siły i ciśnienia. Większa średnica daje większą siłę, ale zwiększa gabaryt i zużycie powietrza. Dlatego nie dobieramy jej ani za małej, ani bez potrzeby za dużej.

Krok 6. Dobierz serię, mocowanie i amortyzację

Seria zależy od normy, miejsca zabudowy, funkcji, środowiska, wymagań materiałowych i sposobu prowadzenia. Mocowanie musi odpowiadać kierunkowi sił. Amortyzację analizujemy szczególnie przy większych prędkościach, większych masach i długich skokach.

Krok 7. Dobierz sterowanie, czujniki i jakość powietrza

Siłownik nie pracuje sam. Wpływa na niego zawór, przepływ, przewody, złączki, przygotowanie powietrza, czujniki i sterowanie. Zbyt mały zawór może ograniczyć prędkość. Złe powietrze może skrócić trwałość. Brak czujników może zatrzymać cykl maszyny.

Jak obliczyć siłę siłownika pneumatycznego?

Siłę siłownika obliczamy z zależności między ciśnieniem a powierzchnią czynną tłoka. Im większe ciśnienie i większa powierzchnia, tym większa siła. W praktyce trzeba jednak uwzględnić straty, tarcie, opory prowadzenia, spadki ciśnienia i charakter pracy maszyny.

Powierzchnia tłoka

Siła przy wysuwie

Przy wysuwie działa zwykle pełna powierzchnia tłoka. To dlatego siła pchająca jest najczęściej większa niż siła ciągnąca. Jeżeli aplikacja wymaga dużej siły przy wysuwie, średnicę dobieramy właśnie do tej funkcji.

Siła przy powrocie

Przy powrocie powierzchnia czynna jest mniejsza. Część powierzchni zajmuje tłoczysko. Dlatego siła ciągnąca jest niższa. Ma to znaczenie przy podnoszeniu, pracy pionowej, przesuwie z oporem i aplikacjach, w których powrót także wykonuje pracę.

Przykład: jak policzyć siłę siłownika pneumatycznego?

Załóżmy, że analizujemy siłownik o średnicy tłoka 50 mm. Ciśnienie robocze przy maszynie wynosi 6 bar. Chcemy szybko oszacować siłę przy wysuwie. Pomijamy na chwilę straty i tarcie, aby pokazać samą zasadę obliczeń.

1. Średnica tłoka D = 50 mm, czyli 0,05 m.
2. Powierzchnia tłoka A = π × 0,05² / 4.
3. Powierzchnia A wynosi około 0,00196 m².
4. Ciśnienie 6 bar to dokładnie 600 000 Pa (przyjmując standardowy przelicznik: 1 bar = 100 000 Pa / N/m²).
5. Siła teoretyczna F = 600 000 × 0,00196.
6. Wynik to około 1178 N, czyli około 120 daN.

Dlaczego siła pchająca i ciągnąca siłownika nie są takie same?

W siłowniku dwustronnego działania siła pchająca i siła ciągnąca różnią się. Przy wysuwie ciśnienie działa na pełną powierzchnię tłoka. Przy powrocie działa na powierzchnię pomniejszoną o przekrój tłoczyska. Dlatego powrót zwykle generuje mniejszą siłę.

Ten szczegół jest bardzo ważny. Jeżeli powrót siłownika ma wykonywać pracę, nie wolno opierać doboru tylko na sile pchającej. Trzeba sprawdzić siłę ciągnącą i porównać ją z realnym obciążeniem.

Jaki zapas siły przyjąć przy doborze siłownika pneumatycznego?

Siłownika nie dobieramy na styk. Test na pustej maszynie nie wystarcza. W produkcji pojawią się zmiany ciśnienia, tarcie, zabrudzenia, zmienna masa detalu, zużycie prowadnic i różnice w czasie cyklu. Zapas siły pomaga utrzymać stabilną pracę układu.

Jak dobrać średnicę siłownika pneumatycznego?

Średnica tłoka wynika z wymaganej siły. Większa średnica daje większą powierzchnię czynną. Większa powierzchnia daje większą siłę przy tym samym ciśnieniu. Nie oznacza to jednak, że zawsze należy wybierać największy możliwy siłownik.

Większa średnica oznacza większy gabaryt, większą masę i większe zużycie sprężonego powietrza. Dlatego średnicę dobieramy na podstawie realnego zadania. Sprawdzamy siłę wysuwu i powrotu. Uwzględniamy ciśnienie dostępne przy maszynie. Dodajemy zapas. Następnie porównujemy kilka możliwych rozwiązań.

Jak dobrać skok siłownika pneumatycznego?

Skok to droga, którą pokonuje tłoczysko. Dobieramy go do realnej drogi ruchu mechanizmu. Zbyt krótki skok nie wykona zadania. Zbyt długi zwiększy długość zabudowy, czas cyklu, objętość napełnianych komór i zużycie powietrza.

Przy długich skokach trzeba sprawdzić prowadzenie, ryzyko wyboczenia tłoczyska, amortyzację, sposób mocowania i miejsce pracy. Jeżeli wymagany jest długi przesuw, ale w maszynie brakuje miejsca na klasyczny siłownik z wysuwanym tłoczyskiem, warto rozważyć siłownik beztłoczyskowy albo wykonanie specjalne.

Jak dobrać serię siłownika CPP PREMA?

Serii nie dobieramy tylko po średnicy. Najpierw sprawdzamy funkcję układu. Potem analizujemy miejsce zabudowy, wymagany skok, prowadzenie obciążenia, środowisko, typ mocowania, sygnalizację położenia i zgodność z normą. Katalog CPP PREMA obejmuje wiele rodzin siłowników, które różnią się konstrukcją, zakresem średnic, sposobem montażu i przeznaczeniem.

Pełną kategorię produktową znajdziesz tutaj: siłowniki pneumatyczne CPP PREMA.

Którą serię siłownika CPP PREMA wybrać do konkretnej aplikacji?

W praktyce użytkownik często nie zaczyna od nazwy serii. Zaczyna od problemu. Ma mało miejsca. Potrzebuje docisku. Pracuje w zapyleniu. Projektuje nową maszynę. Modernizuje układ. Dlatego warto dobierać serię według potrzeby aplikacji.

Przy projektowaniu nowej maszyny warto korzystać z modeli 3D. Pomagają sprawdzić zabudowę, kolizje, miejsce na przewody, czujniki i osprzęt. Informacje znajdziesz na stronie: modele 3D produktów CPP PREMA dostępne dla zalogowanych użytkowników sklepu.

Jak dobrać zawór do siłownika dwustronnego działania?

Siłownik dwustronnego działania wymaga zaworu, który będzie kierował sprężone powietrze naprzemiennie do dwóch komór. Najczęściej stosuje się zawór 5/2. Ma pięć dróg i dwa położenia. Jedno położenie odpowiada za wysuw. Drugie odpowiada za powrót.

Jeżeli aplikacja wymaga położenia środkowego, rozważamy zawór 5/3. Położenie środkowe może odcinać komory, odpowietrzać je albo podawać ciśnienie w określony sposób. Dobór zależy od funkcji maszyny i wymagań bezpieczeństwa.

Przy doborze zaworu sprawdzamy

• typ sterowania,
• napięcie cewki,
• przepływ,
• ciśnienie pracy,
• sposób montażu,
• czas przełączania,
• zgodność z cyklem maszyny,
• wymagania środowiskowe.

Jak przewody, złączki i przepływ wpływają na pracę siłownika?

Siłownik może być dobrany poprawnie, ale nadal pracować zbyt wolno lub niestabilnie. Często problem nie leży wtedy w samym siłowniku. Problemem bywa zbyt mały zawór, zbyt mały przewód, za długa linia pneumatyczna, ograniczająca złączka albo zbyt duże dławienie.

Przy szybkim cyklu liczy się nie tylko ciśnienie statyczne. Liczy się dynamika napełniania i opróżniania komór. Jeżeli powietrze nie dopływa odpowiednio szybko, siłownik nie osiągnie zakładanej prędkości. Jeżeli odpływ jest zbyt mocno ograniczony, ruch może być skokowy.

Co trzeba sprawdzić?

• średnicę przewodów,
• długość przewodów,
• przepływ zaworu,
• przepływ złączek,
• ustawienie zaworów dławiąco-zwrotnych,
• spadki ciśnienia w instalacji,
• liczbę cykli na minutę,
• wymagany czas wysuwu i powrotu.

Jak regulować prędkość siłownika pneumatycznego dwustronnego działania?

Prędkość siłownika reguluje się przepływem powietrza. Najczęściej stosuje się zawory dławiąco-zwrotne. W wielu aplikacjach dławimy odpływ, a nie dopływ. Dzięki temu ruch jest stabilniejszy. Dobór zależy jednak od układu, masy, kierunku pracy i wymaganej dynamiki.

Regulacja wysuwu

Regulacja wysuwu pozwala dopasować czas dojścia tłoczyska do pozycji roboczej. Ma znaczenie przy docisku, wypychaniu, przesuwie detalu i pracy z elementami wrażliwymi na uderzenie.

Regulacja powrotu

Regulacja powrotu wpływa na całkowity czas cyklu. Zbyt wolny powrót ogranicza wydajność maszyny. Zbyt szybki powrót może powodować uderzenia, hałas i szybsze zużycie.

Najczęstsze błędy przy regulacji

• za duże dławienie,
• brak amortyzacji przy dużej prędkości,
• zły kierunek montażu zaworu dławiąco-zwrotnego,
• zbyt mały przepływ zaworu głównego,
• pominięcie wpływu długości przewodów.

Kiedy potrzebna jest amortyzacja siłownika pneumatycznego?

Amortyzacja, czyli tłumienie końcowe skoku, ogranicza uderzenie tłoka w końcowej fazie ruchu. Poprawia kulturę pracy, zmniejsza hałas i chroni mechanikę. Jest szczególnie ważna przy większych masach, większych prędkościach, długich skokach i intensywnej pracy cyklicznej.

Jakie znaczenie ma jakość sprężonego powietrza?

Siłownik pneumatyczny pracuje tak dobrze, jak pozwala na to instalacja. Sprężone powietrze musi być czyste, odpowiednio osuszone i dopasowane do wymagań urządzenia. Zanieczyszczenia, wilgoć i przypadkowe zmiany smarowania skracają trwałość układu.

Wilgoć w instalacji

Woda w instalacji powoduje korozję, pogarsza warunki pracy uszczelnień i może wpływać na zawory. Przy niskich temperaturach wilgoć może powodować dodatkowe problemy eksploatacyjne.

Zanieczyszczenia stałe

Drobne cząstki mogą uszkodzić powierzchnie robocze, uszczelnienia i elementy zaworów. Dlatego filtracja jest jednym z podstawowych warunków trwałej pracy pneumatyki.

Smarowanie i praca bezsmarowa

Nie wolno przypadkowo mieszać pracy smarowanej i niesmarowanej. Jeżeli układ pracuje bezsmarowo, wprowadzenie mgły olejowej może wypłukać smar stały. Po zastosowaniu powietrza smarowanego zwykle trzeba kontynuować taki sposób eksploatacji.

Przygotowanie powietrza FRL

Filtry, reduktory, smarownice i zespoły przygotowania sprężonego powietrza pomagają utrzymać właściwe warunki pracy. Dobre przygotowanie powietrza wydłuża trwałość siłowników, zaworów i osprzętu.

Ile powietrza zużywa siłownik pneumatyczny dwustronnego działania?

Zużycie powietrza zależy od średnicy tłoka, skoku, ciśnienia i liczby cykli. Większa średnica daje większą siłę, ale zwiększa objętość napełnianych komór. Dłuższy skok także zwiększa objętość. Im więcej cykli wykonuje maszyna, tym większy pobór powietrza w czasie.

To ważne nie tylko technicznie, ale też kosztowo. Sprężone powietrze jest drogim medium. Przewymiarowany siłownik może działać poprawnie, ale generować niepotrzebne koszty przez cały czas pracy maszyny. Zbyt mały siłownik będzie natomiast pracował niestabilnie albo wymusi podnoszenie ciśnienia.

Montaż siłownika pneumatycznego – najważniejsze zasady

Nawet dobrze dobrany siłownik może szybko się zużyć, jeżeli zostanie źle zamontowany. Najważniejsza jest osiowość, poprawne mocowanie i brak niekontrolowanych obciążeń bocznych. Siłownik powinien przenosić siłę wzdłuż osi pracy. Nie powinien zastępować prowadnicy mechanizmu.

Czego nie robić przy montażu?

• nie montować siłownika z przekoszeniem,
• nie prowadzić detalu samym tłoczyskiem,
• nie blokować pracy przegubów,
• nie przekraczać skoku mechanicznie,
• nie zostawiać tłoczyska bez ochrony w silnym zapyleniu,
• nie uruchamiać układu bez kontroli ciśnienia,
• nie pomijać amortyzacji przy szybkich cyklach,
• nie montować przewodów tak, aby były narażone na zginanie lub wyrwanie.

Objawy źle dobranego siłownika pneumatycznego

Siłownik nie ma siły

Przyczyną może być zbyt mała średnica, zbyt niskie ciśnienie, spadki ciśnienia, duże tarcie, źle dobrany zawór albo zbyt mały przekrój przewodów.

Siłownik pracuje skokowo

Ruch skokowy może wynikać ze złego dławienia, zabrudzonego powietrza, oporów prowadzenia, uszkodzonych uszczelnień albo niestabilnego ciśnienia.

Siłownik dobija na końcu skoku

Dobicie może oznaczać brak amortyzacji, źle ustawioną amortyzację, zbyt dużą prędkość lub zbyt dużą masę.

Tłoczysko szybko zużywa uszczelnienia

Częstą przyczyną jest obciążenie boczne, przekoszony montaż, zabrudzenie tłoczyska albo brak właściwego zgarniacza.

Siłownik działa za wolno

Problemem może być za mały zawór, za małe przewody, zbyt małe złączki, za duże dławienie lub spadki ciśnienia.

Czujnik nie wykrywa pozycji

Należy sprawdzić, czy siłownik ma magnes, czy czujnik jest właściwego typu, czy jest prawidłowo ustawiony i czy tłok rzeczywiście osiąga pozycję krańcową.

Najczęstsze błędy przy doborze siłownika pneumatycznego

Błędy przy doborze rzadko wynikają z jednego parametru. Najczęściej pojawiają się wtedy, gdy analizujemy tylko siłę i skok, a pomijamy warunki pracy, mocowanie, przepływ, sterowanie i jakość powietrza.

1. Dobór tylko po średnicy.
2. Brak obliczenia siły.
3. Liczenie tylko siły teoretycznej.
4. Brak zapasu.
5. Pominięcie siły ciągnącej.
6. Pominięcie spadków ciśnienia.
7. Zbyt długi skok.
8. Zbyt mała średnica.
9. Przewymiarowanie.
10. Brak amortyzacji.
11. Traktowanie tłoczyska jako prowadnicy.
12. Zły dobór mocowania.
13. Za mały zawór.
14. Za małe przewody.
15. Brak czujników.
16. Ignorowanie jakości powietrza.
17. Mieszanie pracy smarowanej i niesmarowanej.
18. Pominięcie środowiska pracy.
19. Brak analizy bezpieczeństwa.
20. Brak konsultacji przy aplikacji specjalnej.

Więcej praktycznych wskazówek znajdziesz również w artykule: praktyczne metody szybkiego doboru siłownika.

Siłownik dwustronnego działania a bezpieczeństwo maszyny

Przy doborze siłownika trzeba sprawdzić, co stanie się po zaniku ciśnienia, zaniku zasilania elektrycznego albo zatrzymaniu awaryjnym. W wielu aplikacjach sam siłownik nie może być traktowany jako jedyne zabezpieczenie ciężkiego elementu. Szczególnie dotyczy to pracy pionowej, podnoszenia i mechanizmów, które mogą opaść.

Zawór 5/3 nie zawsze oznacza bezpieczne zatrzymanie. W zależności od wykonania położenie środkowe może zachowywać się inaczej. W aplikacjach krytycznych trzeba przeanalizować blokadę tłoczyska, zawory zwrotne, zawory odcinające, mechaniczne zabezpieczenie pozycji albo inne rozwiązania zgodne z analizą ryzyka maszyny.

Jaki siłownik pneumatyczny dobrać do konkretnej branży?

Branża wpływa na dobór siłownika. Inne warunki występują w maszynie pakującej. Inne w górnictwie. Inne w przemyśle spożywczym. Inne w energetyce lub kolejnictwie. Dlatego środowisko pracy powinno być analizowane już na początku doboru.

Przykłady zastosowań siłowników dwustronnego działania w przemyśle

Siłownik do zasuwy lub klapy

W aplikacjach z zasuwami i klapami liczy się nie tylko siła. Ważny jest skok, sposób mocowania, odporność tłoczyska, warunki środowiskowe i zachowanie układu po zaniku ciśnienia. Często trzeba sprawdzić także obciążenia boczne i możliwość pracy w zapyleniu.

Siłownik do docisku w przyrządzie montażowym

Przy docisku nie wystarczy dobrać średnicę. Trzeba sprawdzić powtarzalność siły, czas docisku, powierzchnię styku, prowadzenie elementu i bezpieczeństwo operatora. W wielu takich aplikacjach warto rozważyć serię dociskową albo specjalne mocowanie.

Siłownik do pracy w zapyleniu lub wilgoci

W trudnym środowisku standardowy siłownik może nie wystarczyć. Warto przeanalizować dodatkowy zgarniacz, osłonę tłoczyska, materiał tłoczyska, uszczelnienia i zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami.

Siłownik do nowej maszyny projektowanej w CAD

Przy projektowaniu nowej maszyny modele 3D pomagają sprawdzić kolizje, miejsce na mocowanie, przewody, czujniki i serwis. Modele 3D produktów CPP PREMA są dostępne dla zalogowanych użytkowników sklepu.

Jakie dane przygotować do doboru siłownika pneumatycznego?

Im lepsze dane wejściowe, tym szybszy i dokładniejszy dobór. Przy prostych aplikacjach wystarczy kilka parametrów. Przy trudnych warunkach warto przygotować także zdjęcie, rysunek, schemat lub model 3D mechanizmu.

• funkcja siłownika w maszynie,
• wymagany skok,
• wymagana siła pchająca,
• wymagana siła ciągnąca,
• ciśnienie robocze przy maszynie,
• liczba cykli na minutę lub godzinę,
• czas wysuwu i powrotu,
• masa przesuwanego elementu,
• kierunek pracy,
• pozycja montażu,
• sposób prowadzenia obciążenia,
• dostępne miejsce zabudowy,
• wymagany typ mocowania,
• warunki środowiskowe,
• temperatura, wilgoć, pył, środki myjące lub chemia,
• wymagany materiał,
• potrzeba czujników,
• potrzeba amortyzacji,
• potrzeba modelu 3D,
• preferowana norma lub seria,
• zdjęcie obecnego siłownika, jeżeli chodzi o zamiennik,
• rysunek lub schemat aplikacji.

Kiedy warto skonsultować dobór siłownika z CPP PREMA?

W prostych aplikacjach dobór można wykonać samodzielnie. Są jednak sytuacje, w których konsultacja techniczna oszczędza czas, ogranicza ryzyko i pomaga uniknąć błędów na etapie projektu.

Nietypowe parametry

• nietypowy skok,
• duża średnica,
• duża siła,
• długi czas pracy ciągłej,
• szybki cykl,
• wysoka prędkość pracy.

Trudne środowisko

• zapylenie,
• wilgoć,
• mycie urządzenia,
• agresywna chemia,
• podwyższona temperatura,
• wymagania branży spożywczej,
• wymagania górnicze,
• ATEX.

Nietypowa mechanika

• specjalne mocowanie,
• blokada tłoczyska,
• osłona tłoczyska,
• dodatkowy zgarniacz,
• stal nierdzewna lub kwasoodporna,
• prowadzenie zewnętrzne.

CPP PREMA realizuje również siłowniki specjalne i niestandardowe rozwiązania. Więcej o takim podejściu piszemy w artykule: niestandardowe siłowniki pneumatyczne i hydrauliczne.

Mini-słownik pojęć związanych z siłownikami pneumatycznymi

Siłownik pneumatyczny

Element wykonawczy, który zamienia energię sprężonego powietrza na ruch mechaniczny.

Siłownik dwustronnego działania

Siłownik, w którym sprężone powietrze odpowiada za wysuw i powrót tłoczyska.

Tłok

Element poruszający się wewnątrz tulei. To na niego działa ciśnienie powietrza.

Tłoczysko

Element przenoszący ruch tłoka na mechanizm maszyny.

Skok

Droga, jaką pokonuje tłoczysko od pozycji wsuniętej do wysuniętej.

Średnica tłoka

Parametr wpływający bezpośrednio na siłę siłownika.

Siła pchająca

Siła generowana podczas wysuwu tłoczyska.

Siła ciągnąca

Siła generowana podczas powrotu tłoczyska. Zwykle jest mniejsza od siły pchającej.

Amortyzacja

Rozwiązanie ograniczające uderzenie tłoka w końcu skoku.

Zgarniacz

Element chroniący wnętrze siłownika przed zanieczyszczeniami z tłoczyska.

Zawór 5/2

Zawór rozdzielający stosowany do sterowania wysuwem i powrotem siłownika dwustronnego działania.

Zawór 5/3

Zawór z położeniem środkowym, stosowany w bardziej wymagających aplikacjach.

Czujnik położenia

Czujnik wykrywający pozycję tłoka, najczęściej przy współpracy z magnesem w siłowniku.

Powiązane poradniki i produkty CPP PREMA

Podsumowanie

Siłownik pneumatyczny dwustronnego działania jest podstawowym elementem automatyki przemysłowej. Wykonuje ruch w obu kierunkach dzięki sprężonemu powietrzu. Daje dobrą kontrolę cyklu, umożliwia szybki wysuw i powrót oraz sprawdza się w maszynach, liniach produkcyjnych, przyrządach montażowych i układach wykonawczych.

Dobór zaczynamy od funkcji. Potem liczymy siłę, sprawdzamy skok, ciśnienie, średnicę, serię, mocowanie, amortyzację, czujniki, zawór, jakość powietrza i środowisko pracy. Nie obciążamy tłoczyska jak prowadnicy. Nie dobieramy siłownika na granicy możliwości. Nie pomijamy kosztu sprężonego powietrza.

Jeżeli dobierasz siłownik do nowej maszyny, modernizacji albo układu pracującego w trudnych warunkach, sprawdź siłowniki pneumatyczne CPP PREMA albo skonsultuj parametry z doradcą technicznym. Pomożemy dobrać średnicę, skok, mocowanie, amortyzację, czujniki i wykonanie materiałowe do realnych warunków pracy.